2020-02-17
众所周知，自然界的阳光属于白光。白光不是纯光，而是由许多单色光组成的。人眼可见光的波长范围从400纳米(蓝光)到700纳米(红光)。光在不同介质中传播时可能会有角度偏差，但在实际白光照射下，单线光在不同介质中会有多次折射。
光学材料(透镜)对于不同的单色光具有不同的折射率，即不同的折射角度。波长越短，折射率越大，波长越长，折射率越小(这也是不同望远镜有所谓色差的原因)。同一薄透镜对于不同的单色光具有不同的焦距，并且每个单色光具有不同的焦距。根据彩色光的波长，它们的像点从近到远排列在光轴上，远离透镜(不同单色光的波长不同)，因此成像产生所谓的色差透镜误差。色差透镜误差导致成像产生彩色斑点或光晕。在照相设备中，应进行特殊处理，以尽量减少色差透镜误差引起的成像问题。常见的消除方法包括双胶合系统和双分离系统。
一侧单透镜的色差导致不同波长的彩色光的不同焦距
对于消色差双合透镜，可见光的波长具有近似相等的焦距
具有色散消除特性的衍射光学器件可用于校正色差
然而，光谱共焦测量方法正好利用了这种物理现象的特征。通过使用特殊的透镜，扩展了不同颜色光的聚焦光晕范围，形成特殊的放大色差，从而可以根据不同被测物体与透镜之间的距离，将精确波长的光聚焦在被测物体上。通过测量反射光的波长，可以获得被测物体和透镜之间的精确距离。这个过程与照相设备通过各种方法减少色差的过程正好相反。
为了获得上述特殊的色差，需要在传感器探头中使用几个特殊的透镜来根据所需的范围分解光。然后使用凸透镜将传感器探头发出的光聚集在一个轴上，形成所谓的聚焦轴。如果不使用凸透镜，传感器探头发出的光将被散射，无法进行测量。
白光通过半透镜表面到达凸透镜。这就是上述特殊色差发生的地方。光线照射到被测物体上后发生反射，穿过凸透镜后返回传感器探头中的半透镜。半透镜将反射光折射到穿孔盖板上，小孔只允许聚焦良好的反射光通过。穿过多孔盖板的光是一组模糊的光谱，也就是说，几个不同波长的光可以穿过小孔并照射在CCD光敏矩阵单元上。
然而，只有聚焦在待测物体上的反射光才具有足够的光强，从而在CCD光敏矩阵上产生明显的峰值。在穿孔盖板后面，需要一个分光器来测量反射光的颜色信息。分光器类似于一种特殊的光栅，它可以根据反射光的波长来增强或减弱折射率。因此，电荷耦合器件矩阵上的每个位置对应于从测量对象到探头的距离。
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